強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器

強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器第1頁(yè)/共86頁(yè)4.3透射式強(qiáng)度調(diào)制第2頁(yè)/共86頁(yè)調(diào)制原理：遮光透射式調(diào)制方法光強(qiáng)調(diào)制特性曲線(xiàn)第3頁(yè)/共86頁(yè)典型透射式強(qiáng)度調(diào)制方式

通常發(fā)送光纖不動(dòng)，而接收光纖可以作橫向位移、縱向位移或轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射光纖與接受光纖之間偶和效率的調(diào)制，改變光電探測(cè)器所接受的光強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位移(或角位移)、壓力、振動(dòng)、溫度等物理量的測(cè)量。調(diào)制原理：直接透射式第4頁(yè)/共86頁(yè)直接透射式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不足：靈敏度低、動(dòng)態(tài)范圍小第5頁(yè)/共86頁(yè)帶有遮光屏透射式在發(fā)送光纖和接收光纖之間加入一定形式的受待測(cè)量控制的可動(dòng)光閘，對(duì)進(jìn)入接收光纖的光束產(chǎn)生一定程度的遮擋，產(chǎn)生光強(qiáng)度調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)量。組成光閘形式調(diào)制原理發(fā)射光纖、受待測(cè)量控制的可動(dòng)光閘和接收光纖固體材料、液體、遮光片、光柵、碼盤(pán)、待測(cè)物體本身等。第6頁(yè)/共86頁(yè)帶有遮光屏透射式第7頁(yè)/共86頁(yè)帶有遮光屏透射式a.帶透鏡結(jié)構(gòu)b.不帶透鏡結(jié)構(gòu)

不用透鏡的兩光纖直接耦合系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單。只是接收光纖端面只占發(fā)射光纖發(fā)出的光錐底面的一部分，使光耦合系數(shù)減小，靈敏度也降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。第8頁(yè)/共86頁(yè)利用兩個(gè)周期性結(jié)構(gòu)的遮光屏改進(jìn)傳感器遮光屏是由等寬度、交替排列的透明區(qū)和非透明區(qū)的光柵組成，其中一支為固定光柵，另一支為可移動(dòng)光柵。在此遮光屏的空間周期內(nèi)，光的透過(guò)率，從50％(兩屏完全重疊)變到零(兩屏完全交疊)。光柵遮光屏透射式強(qiáng)度調(diào)制原理調(diào)制原理：第9頁(yè)/共86頁(yè)利用兩個(gè)周期性結(jié)構(gòu)的遮光屏改進(jìn)傳感器優(yōu)點(diǎn)：

在此周期性結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，光的輸出強(qiáng)度是周期性的。而且它的分辨率在光珊條紋間距的10-6數(shù)量級(jí)以?xún)?nèi)，是構(gòu)成高靈敏度、簡(jiǎn)單、可靠的位移傳感器的基礎(chǔ)。第10頁(yè)/共86頁(yè)透射式差動(dòng)光纖位移傳感器入射光接收光第11頁(yè)/共86頁(yè)透射式差動(dòng)光纖位移傳感器接收光纖接收端面相對(duì)于照明光纖出射端面存在偏移量時(shí)，傳感器光強(qiáng)調(diào)制特性曲線(xiàn)相對(duì)于沒(méi)有偏移量時(shí)的特性曲線(xiàn)在形狀上并沒(méi)有改變，只是產(chǎn)生一定的相移。

第12頁(yè)/共86頁(yè)透射式差動(dòng)光纖位移傳感器接收光纖1接收光纖2差動(dòng)輸出第13頁(yè)/共86頁(yè)透射式差動(dòng)光纖位移傳感器第14頁(yè)/共86頁(yè)透射式差動(dòng)光纖位移傳感器靈敏度提高108%第15頁(yè)/共86頁(yè)透射式差動(dòng)光纖位移傳感器采用差動(dòng)方式處理接收光強(qiáng)信號(hào)，可達(dá)到提高系統(tǒng)靈敏度、抑制光源等光強(qiáng)波動(dòng)以及探測(cè)器和后續(xù)電路產(chǎn)生的電子噪聲影響的目的利用響應(yīng)誤差信號(hào)的雙極性特點(diǎn)可準(zhǔn)確判斷角位移方向，并通過(guò)響應(yīng)誤差信號(hào)的線(xiàn)性關(guān)系實(shí)現(xiàn)角位移的直接測(cè)量；利用響應(yīng)誤差信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)作為絕對(duì)零點(diǎn)觸發(fā)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)微和絕對(duì)跟蹤能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待測(cè)物的自動(dòng)調(diào)整。第16頁(yè)/共86頁(yè)應(yīng)用實(shí)例第17頁(yè)/共86頁(yè)第18頁(yè)/共86頁(yè)第19頁(yè)/共86頁(yè)光纖甲烷氣體傳感器Integrating…油庫(kù)、機(jī)庫(kù)、動(dòng)力室等大量使用的汽油等石油產(chǎn)品極易揮發(fā)甲烷等氣體。瓦斯爆炸是影響煤礦安全重大威脅之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦爆炸事故近80%是由瓦斯氣體爆炸引起的。瓦斯的主要成分是甲烷，約占瓦斯氣體的83%~89%。

當(dāng)空氣中的甲烷濃度約為5.3%到15%時(shí)，遇火源就會(huì)爆炸；在無(wú)火源情況下，當(dāng)空氣中的甲烷濃度達(dá)到50%，能使人因缺氧而窒息死亡。第20頁(yè)/共86頁(yè)光纖甲烷氣體傳感器Integrating…甲烷與燃燒和推進(jìn)聯(lián)系非常緊密，其濃度測(cè)量直接與對(duì)燃燒效率以及推進(jìn)過(guò)程的分析有關(guān)。甲烷被認(rèn)為是溫室效應(yīng)最主要的氣體之一，其吸收紅外線(xiàn)能力是二氧化碳的15-30倍，占據(jù)整個(gè)溫室氣體貢獻(xiàn)量的15%，直接關(guān)系到人類(lèi)健康生活。

為了預(yù)防與控制事故的發(fā)生，最大限度地減少人員傷亡，提高監(jiān)控能力，研究實(shí)時(shí)在線(xiàn)高靈敏甲烷濃度的監(jiān)測(cè)儀是十分必要的。第21頁(yè)/共86頁(yè)光纖甲烷氣體傳感器理論基礎(chǔ)：Lambert-Beer（郎伯-比爾）定律式中，I為光強(qiáng)，為摩爾分子吸收系數(shù)，C為氣體濃度，L光和氣體的作用長(zhǎng)度。第22頁(yè)/共86頁(yè)顯示與報(bào)警可調(diào)諧激光吸收光譜的光纖氣體監(jiān)測(cè)儀原理光纖甲烷氣體傳感器第23頁(yè)/共86頁(yè)1惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可克服背景氣體、粉塵等吸收干擾，測(cè)量分辨力與精度高；2不需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，節(jié)省了樣氣預(yù)處理的時(shí)間和樣氣在管道內(nèi)的傳輸時(shí)間，響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)在線(xiàn)管理；3利用光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線(xiàn)高靈敏監(jiān)測(cè)，本質(zhì)安全，能耗低，抗電磁干擾，便于復(fù)用成網(wǎng)，并可與已有監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。光纖甲烷氣體傳感器第24頁(yè)/共86頁(yè)工業(yè)過(guò)程氣體分析儀器應(yīng)用領(lǐng)域及2010年需求量第25頁(yè)/共86頁(yè)遮光式光纖溫度計(jì)利用雙金屬熱變形的遮光式光纖溫度計(jì)。當(dāng)溫度升高時(shí)，雙金屬片的變形量增大，帶動(dòng)遮光板在垂直方向產(chǎn)生位移從而使輸出光強(qiáng)發(fā)生變化。這種形式的光纖溫度計(jì)能測(cè)量10℃～50℃的溫度。檢測(cè)精度約為0.5℃。

接收光源遮光板雙金屬片缺點(diǎn)：輸出光強(qiáng)受殼體振動(dòng)的影響，且響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，一般需幾分鐘。第26頁(yè)/共86頁(yè)光纖位移傳感器移動(dòng)球鏡光學(xué)開(kāi)關(guān)傳感器光強(qiáng)為I0的光束,通過(guò)發(fā)送光纖照射到球鏡上。球透鏡把光束聚集列兩個(gè)接收光纖的端面上。當(dāng)球透鏡在平衡位置時(shí)，從兩個(gè)接收光纖得到的光強(qiáng)I1和I2是相同的；如果球透鏡在垂直于光路的方向上產(chǎn)生微小位移時(shí)，在兩個(gè)接收光纖上得到的光強(qiáng)I1和I2

將發(fā)生變化。光強(qiáng)比值I1/I2

的對(duì)數(shù)值與球透鏡位移x呈線(xiàn)性關(guān)系，但與初始光強(qiáng)無(wú)關(guān)。第27頁(yè)/共86頁(yè)光纖式光電開(kāi)關(guān)遮斷型被記數(shù)工件隨傳送帶移動(dòng)，一個(gè)工件從光纖斷開(kāi)處通過(guò)時(shí)，擋光一次，在光纖輸出端得到一個(gè)光脈沖，用記數(shù)電路和顯示裝肖將通過(guò)光纖的工件數(shù)顯示出來(lái)。第28頁(yè)/共86頁(yè)光纖式光電開(kāi)關(guān)

除記數(shù)外，還可進(jìn)行位置檢測(cè)(如裝配體有沒(méi)有到位)、質(zhì)量檢查(如瓶蓋是否壓上，標(biāo)簽是否漏貼等)。檢測(cè)生產(chǎn)流水線(xiàn)上瓶蓋及商標(biāo)第29頁(yè)/共86頁(yè)光纖式光電開(kāi)關(guān)門(mén)窗防盜控制自動(dòng)扶梯自動(dòng)啟停汽車(chē)通過(guò)檢測(cè)汽車(chē)噴涂控制第30頁(yè)/共86頁(yè)光纖式光電開(kāi)關(guān)圍墻監(jiān)護(hù)警戒庫(kù)房衛(wèi)士安全警戒第31頁(yè)/共86頁(yè)光纖式光電開(kāi)關(guān)

采用遮斷型光纖光電開(kāi)關(guān)對(duì)IC

芯片引腳進(jìn)行檢測(cè)第32頁(yè)/共86頁(yè)光纖式光電開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬盤(pán)上穿有透光孔。當(dāng)孔與光纖對(duì)齊時(shí)，在光纖輸出端就有光脈沖輸出，這是通過(guò)孔位的變化對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。編碼盤(pán)裝置第33頁(yè)/共86頁(yè)光纖式光電開(kāi)關(guān)

利用水銀柱升降溫度的光纖溫度開(kāi)關(guān)?？捎糜趯?duì)設(shè)定溫度的控制，溫度設(shè)定值靈活可變。

浸液自聚透鏡光纖水銀水銀式光纖溫度開(kāi)關(guān)第34頁(yè)/共86頁(yè)強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的分類(lèi)1.光強(qiáng)調(diào)制方式反射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制等2.光纖在傳感器中的作用內(nèi)調(diào)型外調(diào)型（傳光型或非功能型）（傳感型或功能型）第35頁(yè)/共86頁(yè)4.4光模式強(qiáng)度調(diào)制第36頁(yè)/共86頁(yè)傳感頭：多模光纖透射式–

振動(dòng)、位移等缺點(diǎn)：需要精密機(jī)械調(diào)整和固定裝置反射式

無(wú)需精密調(diào)整裝置

機(jī)理：芯模類(lèi)型：

第37頁(yè)/共86頁(yè)傳感頭：多模光纖機(jī)理：芯模包層模類(lèi)型：光模式強(qiáng)度調(diào)制最小可測(cè)位移：0.01nm；動(dòng)態(tài)范圍：110dB可測(cè)壓力、水聲等第38頁(yè)/共86頁(yè)第39頁(yè)/共86頁(yè)光纖被夾在一對(duì)鋸齒板中間，當(dāng)光纖不受力時(shí)，光線(xiàn)從光纖中穿過(guò)，沒(méi)有能量損失。當(dāng)鋸齒板受外力作用而產(chǎn)生位移時(shí)，光纖則發(fā)生許多微彎，這時(shí)在纖芯中傳輸?shù)墓庠谖澨幱胁糠稚⑸涞桨鼘又?微彎光纖壓力傳感器DSFF變形器光纖Λ第40頁(yè)/共86頁(yè)原來(lái)光束以大于臨界角θC的角度θ1在纖芯內(nèi)傳輸為全反射；但在微彎處θ2<θ1，一部分光將逸出，散射入包層中。當(dāng)受力增加時(shí)，光纖微彎的程度也增大，泄漏到包層的散射光隨之增加，纖芯輸出的光強(qiáng)度相應(yīng)減小。因此，通過(guò)檢測(cè)纖芯或包層的光功率，就能測(cè)得引起微彎的壓力、聲壓，或檢測(cè)由壓力引起的位移等物理量。θ1θn0n2n1θ2θ3第41頁(yè)/共86頁(yè)第42頁(yè)/共86頁(yè)機(jī)械一光學(xué)轉(zhuǎn)換效應(yīng)使得所需部件少，設(shè)備簡(jiǎn)單，造價(jià)低，便于分布式沿線(xiàn)測(cè)量；容易機(jī)械裝配，不需要將光纖連接到其它部件中，從而避免了差熱膨脹問(wèn)題；具有較高的可靠性和安全性；由于光纖的光路是完全封閉的，更適合在高溫高壓、易燃易爆、腐蝕性介質(zhì)等惡劣環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。

光模式強(qiáng)度調(diào)制的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：第43頁(yè)/共86頁(yè)應(yīng)用實(shí)例光纖水聽(tīng)器結(jié)構(gòu)：多模光纖被繞制于開(kāi)有縱向槽且?guī)в新菁y的鋁管螺紋內(nèi)第44頁(yè)/共86頁(yè)光纖靈巧結(jié)構(gòu)與蒙皮

在工程結(jié)構(gòu)或部件的制造過(guò)程中，在其內(nèi)部關(guān)鍵部位埋人光纖陣列，對(duì)材料及結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變等物理狀態(tài)及由于外力、疲勞等產(chǎn)生的變形、裂紋、蠕變、層解等進(jìn)行實(shí)行監(jiān)測(cè)。第45頁(yè)/共86頁(yè)光纖靈巧結(jié)構(gòu)與蒙皮第46頁(yè)/共86頁(yè)光纖智能地毯、坐墊第47頁(yè)/共86頁(yè)光纖壓力傳感器第48頁(yè)/共86頁(yè)光纖液位傳感器第49頁(yè)/共86頁(yè)在建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

當(dāng)腐蝕傳感器處于腐蝕介質(zhì)中時(shí)，腐蝕“保險(xiǎn)絲”會(huì)生銹變細(xì)而斷裂，此時(shí)彎曲光纖的曲率將變小甚至為零，通過(guò)光纖的光能量會(huì)迅速增加。基本原理:第50頁(yè)/共86頁(yè)在建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用第51頁(yè)/共86頁(yè)強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的分類(lèi)1.光強(qiáng)調(diào)制方式反射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制等2.光纖在傳感器中的作用內(nèi)調(diào)型外調(diào)型（傳光型或非功能型）（傳感型或功能型）第52頁(yè)/共86頁(yè)4.5折射率強(qiáng)度調(diào)制第53頁(yè)/共86頁(yè)折射率強(qiáng)度調(diào)制物理量引起光纖折射率的變化實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制的方式分類(lèi)：利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制；第54頁(yè)/共86頁(yè)折射率強(qiáng)度調(diào)制利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制；第55頁(yè)/共86頁(yè)

傳輸波損耗變化型

一般光纖的纖芯和包層的折射率溫度系數(shù)不同。在溫度恒定時(shí)，包層折射率n2與纖芯折射率n1之間的差值是恒定的。當(dāng)溫度變化時(shí)，n2

、n1之間的差發(fā)生變化，從而改變傳輸損耗。因此，以某一溫度時(shí)接收到的光強(qiáng)為基準(zhǔn),根據(jù)傳輸功率的變化可確定溫度的變化。第56頁(yè)/共86頁(yè)

傳輸波損耗變化型當(dāng)T<T1時(shí)，n1>n2，光在光纖中傳輸；當(dāng)T>T1時(shí)，n1<n2，光傳輸條件被破壞，不能發(fā)生全反射，損耗增大，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；第57頁(yè)/共86頁(yè)

傳輸波損耗變化型特點(diǎn)：電絕緣性好、防爆性強(qiáng)、抗電磁干擾等。應(yīng)用：大型電機(jī)、液化天然氣及火警等報(bào)警系統(tǒng)。第58頁(yè)/共86頁(yè)折射率強(qiáng)度調(diào)制利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制；第59頁(yè)/共86頁(yè)

漸逝波耦合度變化型

若使?jié)u逝場(chǎng)能以較大的振幅穿過(guò)光疏媒質(zhì)，并伸展到附近的折射率高的光密媒質(zhì)材料中，能量就能穿過(guò)間隙，使反射光減弱，這一過(guò)程稱(chēng)為受抑全反射。

當(dāng)光在纖芯和包層分界面處發(fā)生全反射時(shí)，在光疏介質(zhì)中仍存在電磁場(chǎng)，其強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律迅速衰減，透射深度一般約為幾個(gè)波長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為漸逝場(chǎng)。第60頁(yè)/共86頁(yè)

漸逝波耦合度變化型原理：利用受抑全反射原理，當(dāng)包層完全或部分去掉的兩根單模或多模光纖相互靠近一定距離時(shí)，光將能從一根光纖耦合進(jìn)另一根光纖中去，構(gòu)成漸逝波耦合度光纖傳感器。應(yīng)用：水聽(tīng)器、光掃描隧道顯微鏡第61頁(yè)/共86頁(yè)折射率強(qiáng)度調(diào)制利用光纖折射率的變化引起傳輸波損耗變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起漸逝波耦合度變化的強(qiáng)度調(diào)制；利用光纖折射率的變化引起光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改變的透射光強(qiáng)調(diào)制；第62頁(yè)/共86頁(yè)

光纖光強(qiáng)反射系數(shù)改變型原理：利用光纖（或其他光學(xué)元件如棱鏡）的反射端面的反射系數(shù)隨被測(cè)參數(shù)變化而達(dá)到調(diào)制光強(qiáng)的目的。光源探測(cè)器信號(hào)處理調(diào)制器臨界角強(qiáng)度調(diào)制第63頁(yè)/共86頁(yè)全反射面臨界角強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器調(diào)制機(jī)理：由光纖左端入射的光，一部分沿光路返回，由分束器偏轉(zhuǎn)到到光電探測(cè)器;第64頁(yè)/共86頁(yè)光纖右端有兩個(gè)相互搭接的反射面，其中底面為全反射面（鍍膜而成），斜面反射面與折射率為n3的介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)斜面反射鏡的角度使纖芯光經(jīng)反射后能垂直入射到全反射面上，則纖芯光入射到斜反射面時(shí)能夠部分地透射到的介質(zhì)中去;光波在入射平面上的光強(qiáng)分配由菲涅爾公式描述式中，R∥為平行偏振方向的強(qiáng)度反射系數(shù)，R⊥為垂直偏振方向的強(qiáng)度反射系數(shù)；n=n3／n1

，θ為入射光波在界面上的入射角。第65頁(yè)/共86頁(yè)當(dāng)光波以大于臨界角的角入射到n1、n3介質(zhì)的界面上時(shí)，光全部被反射回探測(cè)器；若n3介質(zhì)由于壓力或溫度的變化引起n3微小變化，則會(huì)導(dǎo)致反射系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致反射光強(qiáng)的改變。應(yīng)用：溫度或壓力傳感器。第66頁(yè)/共86頁(yè)強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的分類(lèi)1.光強(qiáng)調(diào)制方式反射式強(qiáng)度調(diào)制透射式強(qiáng)度調(diào)制光模式強(qiáng)度調(diào)制折射率強(qiáng)度調(diào)制光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制等2.光纖在傳感器中的作用內(nèi)調(diào)型外調(diào)型（傳光型或非功能型）（傳感型或功能型）第67頁(yè)/共86頁(yè)4.6光吸收系數(shù)強(qiáng)度調(diào)制第68頁(yè)/共86頁(yè)

利用光纖的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制原理：輻射引起光纖吸收損耗增加，輸出功率下降敏感源：x射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、中子射線(xiàn)

特點(diǎn)：靈敏度高、線(xiàn)性范圍大、有‘記憶’性

第69頁(yè)/共86頁(yè)

利用光纖的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制應(yīng)用：

改變光纖材料成分可對(duì)不同的射線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量。例如鉛玻璃光纖對(duì)X、γ射線(xiàn)和中子射線(xiàn)特別靈敏，并且這種材料的光纖在小劑量射線(xiàn)照射時(shí)，具有較好的線(xiàn)性，可以測(cè)量射線(xiàn)的輻射劑量。

既可用于衛(wèi)星外層空間劑量的監(jiān)測(cè)，也可用于核電站、放射性物質(zhì)堆放處輻射量的大面積監(jiān)測(cè)。第70頁(yè)/共86頁(yè)

利用半導(dǎo)體的吸收特性進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制發(fā)生本征吸收的條件：半導(dǎo)體的本征吸收：當(dāng)一束光經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，低于某波長(zhǎng)的光被半導(dǎo)體吸收而高于該波長(zhǎng)將透過(guò)半導(dǎo)體。稱(chēng)為半導(dǎo)體的本征吸收波長(zhǎng)光子能量必須大于半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg，即：第71頁(yè)/共86頁(yè)工作原理：當(dāng)溫度升高時(shí)，其透射率曲線(xiàn)將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。若采用發(fā)射光譜與半導(dǎo)體的相匹配的發(fā)光二極管作為光源，則透射光強(qiáng)度將隨著溫度的升高而減小，即通過(guò)檢測(cè)透射光的強(qiáng)度或透射率，即可檢測(cè)溫度變化。相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度透射率LED發(fā)光光譜半導(dǎo)體透射率T1<T2<T3T3T1T2波長(zhǎng)半導(dǎo)體透射測(cè)量原理半導(dǎo)體材料的Eg隨溫度的上升而減小，亦即其本征吸收波長(zhǎng)λg隨溫度的上升而增大。第72頁(yè)/共86頁(yè)4.7強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的補(bǔ)償技術(shù)第73頁(yè)/共86頁(yè)

由于采用光強(qiáng)信號(hào)變化作為信息的載體，反射式強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器不可避免地要受光源功率波動(dòng)、光纖傳輸損耗變化、光電探測(cè)器的特性漂移以及環(huán)境雜散光等因素的影響。所以，要想獲得高精度和高穩(wěn)定性的測(cè)量，必須采取有效措施克服這些因素對(duì)測(cè)量的影響。強(qiáng)度補(bǔ)償基本思想：通過(guò)參考光路引進(jìn)參考信號(hào)，以補(bǔ)償非傳感因素引起的光強(qiáng)變化。第74頁(yè)/共86頁(yè)1.雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法基本思想：在傳感器中采用不同波長(zhǎng)的兩個(gè)光源，這兩個(gè)波長(zhǎng)不同的光信號(hào)在傳感頭中受到不同的調(diào)制，對(duì)它進(jìn)行一定的信號(hào)處理，就可達(dá)到系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)哪康?。?5頁(yè)/共86頁(yè)1.雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法由光源S1和S2分別發(fā)出波長(zhǎng)為λ1和λ2的單色光，并在傳感頭SH處受到不同調(diào)制，再由探測(cè)器D1和探測(cè)器D2接收。

雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法光路圖第76頁(yè)/共86頁(yè)1.雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法設(shè)D1接受光強(qiáng)信號(hào)為I1，D2接受光強(qiáng)信號(hào)為I2，則S為光源輸出功率，L為光纖透過(guò)率，M為傳感頭對(duì)光信號(hào)的強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)，D為探測(cè)器的靈敏度。第77頁(yè)/共86頁(yè)1.雙波長(zhǎng)補(bǔ)償法設(shè)